Определение 2: Множество с заданным на нем порядком называется упорядоченным множеством.

Очевидно, что множество, содержащее более одного элемента, можно упорядочить не единственным способом.

Например, из двух букв и можно построить упорядоченное множество двумя различными способами:

и .

Три буквы , и можно расположить в виде последовательности шестью способами:

, , , , , .

Для четырех букв путем перебора получим уже 24 различных упорядоченных последовательностей.

Упорядоченные последовательности элементов некоторого множества можно рассматривать как распределения или расстановки этих элементов в последовательности.

Определение 3: Пусть дано конечное множество из элементов. Всякий набор из элементов данного множества (при этом элементы в наборе могут и повторяться) будем называть - расстановками.

Через понятие расстановки вводятся основные определения комбинаторики: сочетания, размещения и перестановки. При этом каждое из этих понятий может быть с повторениями и без повторений. В данном параграфе будут рассмотрены комбинаторные формулы без повторений.

Перестановки без повторений.

Определение 4: Пусть - конечное множество из элементов. Перестановками из различных элементов множества называются все расположения элементов в определенном порядке. Обозначается: (от французского слова permutation - перестановка).

Упорядоченные множества считаются различными, если они отличаются либо своими элементами, либо их порядком.

Определение 5: Различные упорядоченные множества, которые отличаются лишь порядком элементов, называются перестановками этого множества.

Последнее определение сформулировано с позиции теории множеств.

Определение 6: Произведение последовательных натуральных чисел в математике обозначают и называют факториалом.

Выбор для обозначения восклицательного знака, возможно, связан с тем, что даже для сравнительно небольших значений число очень велико. Например, , , , , , , и т.д.

Теорема 1: Число перестановок из различных элементов вычисляется по формуле:

(1)

Доказательство. Рассмотрим произвольное множество из элементов. Построим всевозможные расстановки из этих элементов. На первое место расстановки можно поставить любой из элементов (способов выбора первого элемента). После того, как первый элемент выбран и независимо как он выбран, второй элемент можно выбрать способом. Для выбора третьего элемента остается способа и т.д. Последний элемент выбирается соответственно одним способом. Тогда, в силу комбинаторного принципа умножения, количество таких расстановок будет равно:

Теорема доказана.

Пример 1: Сколькими способами трое друзей могут занять в кинотеатре места с номерами 1, 2 и 3.

Решение. Количество искомых способов будет равно числу перестановок без повторений из трех элементов: способов. При необходимости эти способы можно перебрать.

Перестановки букв некоторого слова называют анаграммами. Открытые еще в ІІІ веке до нашей эры греческим грамматиком Ликофроном анаграммы до сих пор привлекают внимание языковедов, поэтов и любителей словесности. Мастера словесных игр помимо эрудиции и большого запаса слов знают много секретов, связанных с комбинаторными навыками, один из которых – анаграммы. Часто требуется среди всех перестановок выбрать те, которые обладают определенным свойством. Например, среди анаграмм слова «крот», которых всего , только одна, не считая самого слова «крот», имеет смысл в русском языке – «корт».

Кроме линейных перестановок, можно рассматривать перестановки круговые (или циклические). В этом случае перестановки, переходящие друг в друга при вращении, считаются одинаковыми и не должны засчитываться.

Теорема 2: Число круговых перестановок из различных элементов равно

Пример 2: Сколькими способами 7 детей могут стать в хоровод?

Решение. Число линейных перестановок 7 детей будет равно . Если хоровод уже сформирован, тогда для него существует 7 круговых перестановок, переходящих друг в друга при повороте. Эти перестановки не должны быть засчитаны, поэтому круговых перестановок из 7 элементов будет .

Размещения без повторений.

Определение 7: Пусть имеется различных предметов. Расстановки из элементов по элементов () называются размещениями без повторений. Обозначают: . Здесь имеется в виду, что элементы в расстановках не повторяются.

В данном определении существенной является следующая позиция: две расстановки различны, если они отличаются хотя бы одним элементом или порядком элементов.

Приведем еще одно определение размещений, эквивалентное исходному, более простое для понимания.